基于智能矿山综合管控平台的耦合灾害预测方法及其系统与流程

本发明涉及煤矿灾害预警，尤其涉及一种基于智能矿山综合管控平台的耦合灾害预测方法、系统、设备及其介质。

背景技术：

1、煤炭是我国的主体能源，也是重要的工业原料，保障煤炭稳定供给对于国家能源安全和经济健康发展具有重要意义。在能源需求总量逐年增加而浅部资源日益枯竭的现状下，煤炭开采已向深部进军，煤层赋存条件变得更加复杂，且随着机械化强度的加大，煤炭资源开采将面临更加严峻的矿井灾害威胁生产和人、机安全。煤矿灾害包括：火灾（包括内因火灾和外因火灾）、瓦斯爆炸、粉尘爆炸及灾害引起的风流紊乱。

2、目前，国内外行业内专注于对单一灾害的研究，对单一灾害的机理、防治等研究的较深入，然而灾害之间是有强关联性的，不能孤立的、片面的的看待问题，需要以联系的、发展的、动态的眼光研究煤矿灾害，特别是煤矿行业内统称作一通三防的火、瓦斯、粉尘以及通风（紊乱）等灾害，其内部关联非常紧密，发生某单一灾害时，会直接导致其他灾害的并行发生，如：外因火灾的发生导致引起瓦斯爆炸、粉尘爆炸、以及火灾产生的高温形成火风压致使风流逆转，因此，只对单一灾害进行检测及预防，使得煤矿灾害判定准确性低，不利于煤矿灾害的防治。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：为了解决现有通过单一灾害进行检测及预防，对煤矿灾害判断准确性低的技术问题，本发明提供一种基于智能矿山综合管控平台的耦合灾害预测方法，当发生某单一灾害时，能够对其并行发生的灾害进行预测，提高了对煤矿灾害判断的准确性。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于智能矿山综合管控平台的耦合灾害预测方法，所述方法包括：

3、s1，确定初始灾害与次生灾害之间的耦合参数；

4、s2，确定初始灾害因所述耦合参数变化发生次生灾害的关系，得到发生次生灾害的参数；

5、s3，根据次生灾害的参数，结合预设条件确定耦合灾害。

6、进一步，具体地，执行所述步骤s1时，从智能矿山综合管控平台读取火灾数据信息，确定初始灾害中的外因火灾与次生灾害之间的耦合参数；

7、其中，所述耦合参数包括热量、氧气浓度值到达爆炸下限值需要的时间、热风压 h和一氧化碳浓度值。

8、进一步，具体地，在步骤s1中，所述热量为初始灾害-外因火灾引起烟气蔓延在巷道内积聚的热量，计算公式为：

9、（1）

10、其中， l为烟气端头的实时位置， l0为初始发现火灾位置， tt为在 t时刻一巷道内多个温度传感器所测得的平均温度， t0为初始阶段多个温度传感器所测得的平均温度，为比热容，s为标记火灾区域的巷道断面积；

11、所述氧气浓度值到达爆炸下限值需要的时间为初始灾害中因外火灾使氧气浓度值到达爆炸下限值需要的时间，计算公式为：

12、（2）

13、其中，为流入火区的气体流量，为流出火区的气体流量，为 o2的初始体积分数，为爆炸下限 o2体积分数；

14、所述热风压 h为初始灾害-外因火灾引起在巷道变化的热风压，计算公式为；

15、（3）

16、其中，为巷道内烟气平均密度，为重力加速度，为火源点与烟气端头之间的角度，z为火源点与烟气端头之间的垂直距离；

17、所述一氧化碳浓度值为初始灾害-外因火灾引起在巷道变化的一氧化碳浓度值，计算公式为：

18、（4）

19、其中，为不同材质的燃烧系数， t0为发现co的初始时刻， t为实时时刻。

20、进一步，具体地，在步骤s2中，根据所述耦合参数确定因初始灾害发生次生灾害的关系包括：

21、步骤s21，从智能矿山综合管控平台读取瓦斯数据信息、粉尘数据信息和通风数据信息；

22、步骤s22，基于所述瓦斯数据信息、所述粉尘数据信息和所述通风数据信息，再通过所述耦合参数确定因初始灾害发生次生灾害的关系；其中，具体包括以下情况：

23、情况一，由所述热量积聚引起次生灾害-瓦斯爆炸；

24、情况二，所述氧气浓度值变化导致次生灾害-瓦斯爆炸的时间变化；

25、情况三，所述热风压 h变化导致出现次生灾害-风流逆转；

26、情况四，所述一氧化碳浓度值上升导致次生灾害-瓦斯爆炸的区域变大。

27、进一步，具体地，在步骤s2中，发生次生灾害的参数包括：因所述热量积聚使瓦斯爆炸所需要的时间、因氧气浓度值变化使瓦斯爆炸所需要的时间、热风压临界值、瓦斯爆炸上限值和瓦斯爆炸下限值；

28、根据所述情况一，计算所述热量积聚使瓦斯爆炸所需要的时间包括：

29、获取非耦合灾害状态下瓦斯爆炸所需要的触发能量，计算公式为：

30、（5）

31、其中， n为各组分气体的摩尔数；

32、根据所述热量和所述触发能量，计算所述热量积聚使瓦斯爆炸所需要的时间，计算公式为：

33、（6）；

34、根据所述情况二，计算氧气浓度值变化使瓦斯爆炸所需要的时间，氧气浓度值变化使瓦斯爆炸所需要的时间为氧气浓度值到达爆炸下限值需要的时间，将所述公式（3）变换后，得到公式：

35、（7）；

36、根据所述情况三，计算热风压临界值，计算公式为：

37、（8）

38、其中，表示通风机的风压，表示烟气所在巷道并行支路的风阻值，出去烟气所在巷道并行支路的风阻值外其他支路的风阻值之和；

39、所述热风压 h大于热风压临界值 h’时，出现次生灾害-风流逆转；

40、根据所述情况四，计算瓦斯爆炸上限值和瓦斯爆炸下限值，瓦斯爆炸上限值计算公式为：

41、（9）

42、瓦斯爆炸下限值计算公式为：

43、（10）

44、其中，为耦合灾害下瓦斯爆炸上限系数，为耦合灾害下瓦斯爆炸上限系数。

45、进一步，具体地，所述步骤s3中根据次生灾害的参数，结合预设条件确定耦合灾害具体包括：

46、（1）当时，不会发生耦合灾害；

47、（2）当时，不会发生瓦斯爆炸灾害，但是会发生“火-瓦斯-尘-风流紊乱”中的“火-风流紊乱”耦合灾害；

48、（3）当时，会发生“火-瓦斯-尘-风流紊乱”中的“火-瓦斯爆炸-风流紊乱”耦合灾害；

49、其中，为从智能矿山综合管控平台实时获取的甲烷浓度值；

50、（4）当时，会发生“火-瓦斯-尘-风流紊乱”耦合灾害；

51、其中，为从智能矿山综合管控平台实时获取的粉尘浓度值，为预设的粉尘爆炸的下限。

52、一种基于智能矿山综合管控平台的耦合灾害预测系统，所述系统包括：

53、数据采集系统，包括布设在井下的瓦斯数据采集装置、火灾数据采集装置、粉尘数据采集装置以及通风数据采集装置；

54、智能矿山综合管控平台，所述瓦斯数据采集装置、所述火灾数据采集装置、所述粉尘数据采集装置以及所述通风数据采集装置均通过井下环网连接所述智能矿山综合管控平台；

55、其中，所述智能矿山综合管控平台包括：

56、数据接入层，通过数据接入层将煤矿的各子系统接入所述智能矿山综合管控平台，用于接收煤矿各子系统的实时数据以及作为指令执行载体；

57、数据融合层，与所述数据接入层连接，用于对煤矿各子系统的实时数据进行管理、融合以及存储；

58、数据应用层，用以执行如上的基于智能矿山综合管控平台的耦合灾害预测方法。

59、进一步，具体地，各子系统分别为安全监控系统和通风监控系统，所述瓦斯数据采集装置、所述火灾数据采集装置、所述粉尘数据采集装置采集的数据信息通过井下环网传输至所述安全监控系统，所述通风数据采集装置采集的数据信息通过井下环网传输至通风监控系统。

60、一种计算机设备，包括：

61、处理器；

62、存储器，用于存储可执行指令；

63、其中，所述处理器用于从所述存储器中读取所述可执行指令，并执行所述可执行指令以实现如上的基于智能矿山综合管控平台的耦合灾害预测方法。

64、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，使得处理器实现如上的基于智能矿山综合管控平台的耦合灾害预测方法。

65、本发明的有益效果是，本发明的一种基于智能矿山综合管控平台的耦合灾害预测方法，当发生某单一灾害时，能够对其并行发生的灾害进行预测，提高了对煤矿灾害判断的准确性，控制并减少有单一灾害引起导致重大恶性事故的发生，提高了井下作业的安全性。